[發明專利]電源模塊及一體成型電感

在審

• 申請號: 202110239092.9
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN115020081A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 張明準;周錦平;周敏
• 申請（專利權）人: 臺達電子企業管理（上海）有限公司
• 主分類號: H01F27/30
• 分類號: H01F27/30;H01F27/08
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司 11438
• 代理人: 孫寶海;闞梓瑄

本發明提出一種散熱效果好且又制作簡單的一體成型電感以及電源模塊。其中，一體成型電感包括磁芯和第一繞組。磁芯包括第一表面、第二表面以及側面，第一表面和第二表面相對設置，側面設于第一表面和第二表面之間；第一繞組包括第一縱向部和第二縱向部，第一縱向部和第二縱向部之間設有第一連接部。其中，第一縱向部向第一表面延伸，且在第一表面的投影位于磁芯的范圍之內。第一縱向部在第一表面上形成第一引腳，第二縱向部向第二表面的所在平面延伸，且在第二表面的所在平面上形成第二引腳。第一繞組和磁芯通過模具一體壓合形成電感。

技術領域

本發明涉及一種電源模塊及一體成型電感。

背景技術

近年來，隨著數據中心、人工智能等技術等發展，中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)及各類集成芯片(IC)的工作速度越來越快，工作電流越來越大，給這些器件供電的電源模塊例如電壓調節模塊(VRM)在功率密度、效率、動態性能等方面的要求越來越嚴苛，因此對VRM的設計提出了非常高的挑戰。

在電壓調節模塊(VRM)中，電感的體積占比往往是最高的，同時電感的感量也是直接影響整個VRM的效率和動態性能的主要因素。隨著VRM功率密度的提高，體積的進一步縮小，VRM散熱設計面臨巨大的挑戰，甚至已經成為VRM技術發展的瓶頸。

如圖1a所示，圖1a是中國專利申請CN107046366A公開的一種VRM的結構示意圖。在圖1a所示的VRM結構中，作為熱源的開關單元21設置在電感10的上方，電感線圈13的一端設置在電感10的上表面，并與開關單元21連接，電感線圈13的另一端設置在電感10的下表面，用于與負載連接。這樣的設置使包含熱源的開關單元21直接與上面的散熱器(圖中未示出)連接，從而最大化提升了VRM的散熱能力。

在圖1a所示的電感結構中，其中的磁芯包括第一磁性基板11、第二磁性基板12以及位于二者之間的填充層15。第一磁性基板11上設有第一過孔111，第二磁性基板12上設有第二過孔121。電感線圈13的第一導體部和第二導體部分別通過覆銅或填充物形成于第一過孔111和第二過孔121。圖1a中的電感雖然滿足上下雙面同時設置引腳的要求，然而，圖1a所示的電感的磁基板為高磁導率的磁性材料，且沒有設置氣隙，因此，圖1a中的磁基板易于飽和，利用率不高；圖1a中電感的第一磁性基板11和第二磁性基板12通過組裝的方式組合在一起，兩層磁性基板之間的間隙無法避免，組裝間隙會產生邊緣磁通，邊緣磁通在磁芯四周的引腳上會產生渦流損耗(Fringing Effect)；其組裝方式導致組裝公差難以避免，不利于周圍功率連接組件的設置；另外，圖1a所示的電感結構不易于實現反耦合。

反耦合電感技術可以提供較小的動態感量以滿足高的動態性能需求；同時，反耦合電感可以提供較大的穩態感量以實現高效率的需求。因此，反耦合電感是VRM模塊電源領域當前的另一個設計熱點。

圖1b所示的電感為可用于圖1a所示VRM結構中的另一個現有技術的電感，如圖1b所示，電感的繞組從電感的側面分別延伸到電感的頂面和底面，該電感也實現了上下雙面設置引腳；同時，圖1b所示的電感也實現了反耦合。然而，圖1b所示的電感，其繞組是從側面延伸到頂面和底面的，繞組的路徑太長，在VRM低電壓大電流的工況下，長繞組意味著大直流損耗，因此不利于效率的提升。另外，電感繞組從側面延伸出來，導致電感的側面用于設置功率連接組件的空間就受到限制；而且繞組從側面延伸出來，也不利于磁芯利用率的提升。

綜上，在圖1a所示的VRM系統結構中，急需發展一種能夠同時滿足上下雙面設置引腳、繞組路徑短以及易于實現反耦合效果的電感，這具有一定的挑戰，而現有技術均不能滿足圖1a所示VRM結構對電感的要求。

發明內容

本發明的目的在于提出一種散熱效果好且又制作簡單的一體成型電感以及電源模塊。